以“問題解決”為導(dǎo)向的高端備課
——以“ 整體法和隔離法的交叉應(yīng)用” 為例

林曼虹

(汕頭市金山中學(xué)，廣東 汕頭 515000)

1 “問題解決”概述

“問題解決”最先在20世紀(jì)80年代由美國教育界提出,是指一系列具有目標(biāo)指向性的認(rèn)知操作,其載體是“問題”,核心是解決問題的思想方法或思維模式．[1]

就課堂教學(xué)而言,“問題解決”是一種以問題為導(dǎo)向的課堂教學(xué)模式.這種教學(xué)模式要求教師在課堂教學(xué)中有目的地設(shè)計問題鏈或問題簇.這種問題鏈或問題簇通常應(yīng)當(dāng)符合教學(xué)邏輯與思維邏輯．在物理規(guī)律課教學(xué)中“問題—解決—新問題—再解決……”已經(jīng)是現(xiàn)代課堂教學(xué)的一種基本特征,也符合學(xué)生認(rèn)知的一般性規(guī)律,學(xué)生正是在這種螺旋式上升的過程中得以有效提升．

2 現(xiàn)行教材存在的問題

本文選取了物理人教版必修1第4章“牛頓運(yùn)動定律”的拓展內(nèi)容“整體法和隔離法的交叉應(yīng)用”進(jìn)行闡述,主要原因在于高中物理教材并沒有對“整體法和隔離法”提出明確的定義,也并沒有對該部分內(nèi)容進(jìn)行獨立闡述．但縱觀整個高一物理教學(xué),整體法和隔離法的應(yīng)用無疑是貫穿整個力學(xué)受力分析中的最典型、最普遍也是極其有效的一種科學(xué)方法．實際教學(xué)中,學(xué)生已經(jīng)在靜力學(xué)部分對整體和隔離法有了一定的認(rèn)識,進(jìn)入動力學(xué)階段的學(xué)習(xí),關(guān)鍵還是讓學(xué)生掌握整體法和隔離法的交叉應(yīng)用．

對該部分內(nèi)容的處理,多數(shù)情況下教師會選取相關(guān)題型給學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練,從中提取出對應(yīng)的解決方法,但該類處理容易流于題目的堆積,而缺少對模型本身的解構(gòu)和挖掘,學(xué)生也會因為題目的抽象表達(dá)而難以將其與已有知識進(jìn)行關(guān)聯(lián),最終有可能變成死記硬背解題方法,而無法真正將其內(nèi)化為自身的知識．

基于以上思考確定“整體法和隔離法的交叉應(yīng)用”為本文的實際應(yīng)用課例進(jìn)行闡述,圍繞“問題解決”的方法,在問題情境的選取和問題的設(shè)計上進(jìn)行重點闡述．

3 牛頓運(yùn)動定律應(yīng)用專題——“整體法和隔離法的交叉應(yīng)用”的高端備課

3.1 “生活情境”引入“問題情境”

建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)生并不能直接將知識貯存到自己的記憶中,而是通過經(jīng)驗與外界的作用來構(gòu)建新知識,這種構(gòu)建是需要介質(zhì)的,即學(xué)習(xí)的情境．[2]教師需要設(shè)置教學(xué)情境還原知識背景,讓學(xué)生置于還原后的真實情境中,從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,引發(fā)解決問題的動機(jī),同時拉近知識與問題間的距離,進(jìn)而促進(jìn)問題的解決．

基于該理念,整節(jié)課的構(gòu)課都圍繞生活情境展開,例如在引入部分舉了一個例子:“早年間,有個后生進(jìn)京趕考,騎的是頭年邁的驢子,行李放在自己身后的驢背上．這后生于心不忍,想幫老驢子分擔(dān)掉行李的重量,便將行李背在自己肩膀上,再騎在驢背上”讓學(xué)生體會生活中的整體隔離思想,同時結(jié)合疊羅漢這種民間技藝幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對整體思維的理解．

主課部分選取了生活中的兩個經(jīng)典場景“推桌子“和“公交車把手”分別提煉出兩個問題情境對應(yīng)兩個經(jīng)典物理模型,再通過“問題解決”的方式,由易到難搭建問題階梯,多角度多層次幫助學(xué)生對兩個模型逐步加深理解,并通過這兩個典型模型提煉出整體法和隔離法綜合應(yīng)用的兩類問題．

3.2 “遞進(jìn)式”問題簇設(shè)計

一個好的問題情境的展開應(yīng)該依托合理有序的問題簇,從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展.問題品質(zhì)決定思維品質(zhì),而衡量問題品質(zhì)優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)是解決問題所需要的思維含量和思維層次,當(dāng)然并不是說解決問題所需要的思維含量越多,思維層次越豐富就好,還得考慮學(xué)生的思維水平和能力水平,即要與學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)[3]相適應(yīng),這就對問題提出的時機(jī)有一定要求,反映教師的教學(xué)經(jīng)驗和教育智慧．

問題的類型有很多,考慮到本節(jié)課例的特點,主要選取了隱性問題和變通性問題,以下是具體課例展示.

新課導(dǎo)入：引入生活中的推桌子(單個桌子)情境,創(chuàng)設(shè)物理情境．學(xué)生通過該部分回顧了受力分析基本方法,牛頓第二定律,起到復(fù)習(xí)的效果．

圖1

新課教學(xué)片斷1：引入學(xué)生在課室中推桌子(兩個書桌并排放置)情境,提煉出本節(jié)課第一個問題情境,也是第一個經(jīng)典的連接體模型,如圖1所示.

例1.質(zhì)量為2m的物塊A和質(zhì)量為m的物塊B相互接觸放在光滑水平面上,如圖1所示,若對A施加水平向右推力F,則兩物塊沿水平方向做加速運(yùn)動.

按照以下4個問題對模型進(jìn)行解構(gòu),層層推進(jìn):

(1) 求物塊A、B的加速度?

(2) 求物塊B對A的作用力大小?

(3) 若A、B材料相同,與地面的動摩擦因數(shù)均為μ,求:物塊B對A的作用力大小?

圖2

(4) 若物塊A、B放置在斜面上(如圖2所示),物塊和斜面的動摩擦因數(shù)均為μ,用沿斜面向上的恒力F推動物塊向上一起做勻加速直線運(yùn)動,求:物塊A對B的作用力大小?

以上4個問題,雖然難度在增大,但都是從已知物體外力情況可求加速度推進(jìn)到求物體內(nèi)力,目的在于讓學(xué)生體會整體法與隔離法的綜合應(yīng)用的兩類問題中的第一類，如圖3所示.

實際教學(xué)中有4個提高點:

(1) 模型中涉及兩個研究對象,在選取研究對象上具有任意性,因此學(xué)生自我解題時會選擇“A”或“B”,需要通過兩種解法的對比使學(xué)生明白:相比A物塊,B物塊的受力更為簡單,由于相互作用力“等大”的特點,實際操作選取“受力簡單”的物體可達(dá)到簡化解題,提高效率的目的.

(2) 通過第1點引導(dǎo)學(xué)生畫出A、B兩物塊受力分析圖,通過受力分析圖的合并,得到了和整體分析一樣的受力分析圖,使學(xué)生明白之所以引入整體分析法,關(guān)鍵就在于內(nèi)部相互作用力可互相抵消.

圖4

(4) 水平推力大小一樣的情況下,方向水平向左(如圖4所示)或是水平向右,得到的A和B間的相互作用力的大小其實與物體的質(zhì)量有關(guān),從而引申出該類問題中“相互作用力大小按質(zhì)量分配”的特點．

考慮到課堂時間有限,學(xué)生知識能力有限,建議第1、2點重點提出,第3點簡單帶過,第4點不提及,課下通過習(xí)題再進(jìn)行第3、第4點的打磨加深．

新課教學(xué)片斷2：由生活中學(xué)生熟悉的公交把手入手,公交啟動或是勻加速行駛,可觀察到把手偏離豎直方向一定角度,提取出以下問題情境.

圖5

例2.如圖5所示,光滑水平面上,給小車施加一個恒定水平推力,小車沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動,車廂中,懸掛小球的懸線偏離豎直方向37°角,球和車廂相對靜止,球的質(zhì)量為1 kg．(g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

同樣按照以下3個問題對模型進(jìn)行解構(gòu),層層推進(jìn):

(1) 求車廂運(yùn)動的加速度并

說明車廂運(yùn)動情況?

(2) 求施加在小車上的水平推力?

圖6

(3) 如圖6所示,cb為固定在小車上的水平橫桿,物塊M穿在桿上,靠摩擦力保持相對桿靜止,M又通過輕細(xì)線懸吊著一個小鐵球m,此時小車正以大小為a的加速度向右做勻加速運(yùn)動,而M、m均相對小車靜止,細(xì)線與豎直方向的夾角為θ.求細(xì)繩中拉力和橫桿對M的摩擦力?

以上3個問題,同樣雖然難度在增大,但目的在于讓學(xué)生體會整體法與隔離法的綜合應(yīng)用的兩類問題中的第二類(如圖7所示),并做總結(jié)歸納．

圖7

實際教學(xué)中有一個提高點,通過第3小問的學(xué)習(xí)讓學(xué)生明白多個連接體問題可采用部分整體法簡化研究的問題．

教學(xué)片斷3：作業(yè)部分,提出提高的模型,引入生活中的火車車廂問題,一輛加速直線行駛的火車,求車廂間拉力．創(chuàng)設(shè)物理情境,引入多物體連接問題．

圖8

體質(zhì)量相同．拉力

F

1

水平地加在

m

1

上,如圖8所示,求物體系的加速度

a

和連接

m

2

、

m

3

輕繩的張力

T

．

3.3 啟示

從實際的教學(xué)情況來看,本節(jié)課既是規(guī)律教學(xué)也是新課教學(xué),學(xué)生能力有限也需要更多自主思考時間,而課堂教學(xué)時間是有限的,課堂容量不宜過大,這就制約了問題的數(shù)量以及問題展開的深度和廣度．因此教師應(yīng)該清楚且牢記教學(xué)核心為“整體隔離法的兩類基本問題”,重在讓學(xué)生初步體會使用該類方法解決問題,因此在問題簇的設(shè)計上應(yīng)當(dāng)由簡到難遞進(jìn),在問題的提出上時機(jī)也應(yīng)當(dāng)恰當(dāng),如文中強(qiáng)調(diào)的部分提高內(nèi)容也許需要等到課下學(xué)生繼續(xù)琢磨,有一定的思考量再深入提及效果會更好．總的來說,如能選取合適的問題情境,設(shè)計恰當(dāng)?shù)膯栴}簇,學(xué)生普遍能夠在這種螺旋式上升的學(xué)習(xí)過程中思維能力得到有效提升,也收獲更多成就感和自信心．